Namdar Rahmi Karatay

com seu dispositivo adequado.

Deve-se monitorar o medidor sob ensaio, para leitura de seu registro de kWh, ou seja, a energia elétrica ativa registrada pelo medidor de energia elétrica tipo indução. Como os registradores são analógicos e baseados em mecanismos de relojoaria e disco, torna-se uma fonte de erros consideráveis a admissão de leitura direta nestes registradores. Desta forma, considerou-se o mesmo procedimento admitido nas normas de ensaios de aferição e calibração destes medidores, utilizando-se de técnicas de detecção de número de voltas do disco dos mesmos, e, com a conseqüente obtenção do valor do kWh registrado através de uma constante padronizada para cada medidor, denominada Kd (relação Wh/rotação)

Neste contexto, baseando-se nas formas propostas em normas para aferição de medidores de energia elétrica tipo indução [22], onde uma fotocélula sensível às rotações inteiras do disco possa transferir este impulso para computação no número de rotações e cálculo do kWh em função do Kd (“x”Wh/rotação) do medidor, implementou-se um sensor (fotocélula) de voltas (rotações), conforme mostra as fotos da figura 3.97.

Assim, considerando-se o pulso de saída do sensor de rotações, torna-se possível uma leitura mais precisa do Wh baseada em valores discretos múltiplos da constante Kd do medidor. Logicamente, os erros inerentes à relojoaria não são avaliados neste tipo de procedimento, uma vez que esta relação já se encontra definida pelo Kd do medidor, nem sequer os prováveis erros de leitura cometidos pelos apontadores (leitura visual do registrador analógico do medidor). Portanto, o “erro de medição” laboratorial ficará isento destas incertezas.

Figura 3.97 – Sensor de voltas de disco para medidores tipo indução.

A etapa seguinte se refere ao medidor padrão que será utilizado para fazer as comparações de erro do medidor ensaiado. O medidor padrão selecionado é o Yokogawa modelo WT230 que fornece as intensidades consideradas padrão para os dados aferidos (potência ativa, correntes e tensões eficazes em cada fase e o consumo total em watt-hora), com classe de precisão de 0,1% para tensões e correntes, e, 0,2% para potência ativa.

Em função do arranjo laboratorial estabelecido para os ensaios, e, a necessidade de redução de erros na aquisição dos sinais de leitura dos instrumentos de medição e sob teste, houve a necessidade do desenvolvimento de um sistema automatizado de tal forma que, eletronicamente, os dados pudessem ser computados, processados e armazenados, para posterior análise, evitando-se erros grosseiros de medição.

Assim, o sistema empregado é composto por um microcomputador do tipo PC executando aplicativos desenvolvidos no ambiente DasyLab, uma placa de comunicação do tipo GPIB, um sistema de aquisição de dados do tipo WaveBook/516 possuindo quatro sensores de tensão e três sensores de corrente, um sensor de voltas acoplado ao medidor ensaiado, e o medidor padrão.

Neste contexto, desenvolveram-se rotinas de controle de transferência direta de dados do Medidor Padrão Yokogawa, diretamente para um microcomputador PC, assim como, os sinais adquiridos pelo sistema WaveBook e o sinal proveniente do sensor de volta do disco de medidores tipo indução.

Portanto, em um ambiente amigável é possível controlar todo o sistema, inclusive o período de estabilização térmica e mecânica dos medidores sob ensaio,

permitindo-se ampla análise durante a fase de medição, inclusive dos sinais instantâneos aplicados nos medidores.

Especificamente, foram desenvolvidos dois aplicativos para o ambiente DasyLab. Um deles referente à calibração automática dos ganhos utilizados nos sensores de tensão e corrente do dispositivo WaveBook/516, que possui classe de precisão para as ponteiras de corrente de 3,5% e para as ponteiras de tensão de 0,2%. A figura 3.99 apresenta a tela referente ao procedimento de calibração. O segundo aplicativo desenvolvido é destinado à determinação e registro do consumo em watt-hora através das metodologias propostas (integração e contagem de revolução do disco) e do valor padrão aferido pelo dispositivo Yokogawa modelo WT230, apresentados nas figuras 3.98 e 3.99.

Figura 3.98 – Tela de Calibração dos ganhos utilizados nos sensores de tensão e corrente do dispositivo WaveBook/516, desenvolvido na plataforma DasyLab.

O procedimento de calibração é baseado no ajuste dos valores eficazes das formas de onda de tensão e corrente, acarretando na média em erros porcentuais menores que 1%. Este aplicativo estabelece uma comunicação cíclica a cada 5 segundos com o dispositivo Yokogawa modelo WT230, através da placa GPIB,

utilizando o protocolo de comunicação IEEE-488. Assim, a cada período de 5 segundos o sistema coleta os valores eficazes estipulados como padrão das formas de onda de corrente e de tensão em cada fase. Estes valores padrões são utilizados para efetuar o auto-ajuste dos ganhos aplicados a cada sinal de tensão e corrente quantizados pelo sistema de aquisição, de maneira que a média dos valores eficazes destes sinais quantizados se aproxime do valor padrão aferido pelo dispositivo Yokogawa modelo WT230.

Adicionalmente, este aplicativo é utilizado sempre que a amostra sob ensaio é substituída no arranjo de medição, ou, quando há troca de perfis de distorções harmônicos sob análise, ou, quando do reinício das medições depois de determinado período de interrupção.

O segundo aplicativo desenvolvido, conforme figuras 3.99 e 3.100 determina e registra o valor do consumo aferido no ensaio experimental em watt-hora através das metodologias propostas e o valor calculado pelo dispositivo Yokogawa WT230.

Figura 3.99 - Tela de aquisição de dados referente a medição de energia elétrica, desenvolvida na plataforma DasyLab.

Figura 3.100 - Tela de verificação dos perfis de tensão e corrente durante à aquisição de dados, desenvolvida na plataforma DasyLab.

A primeira metodologia de registro de kWh implementada no aplicativo consiste na contagem direta do número de revoluções do disco no medidor sob ensaio e a conseqüente determinação da energia elétrica ativa através da multiplicação do número de revoluções pela constante de revolução Kd (Wh/revolução) do medidor em análise. A determinação do número de revoluções é realizada através da utilização de um sensor de revolução acoplado na parte frontal do medidor, direcionado exatamente para parte lateral do disco, conforme explicado anteriormente e de acordo com a figura 3.97.

Este sensor gera uma forma de onda do tipo quadrada, com sua borda de subida localizada sempre que a marca principal do disco passa pelo sensor, esta forma de onda por sua vez é monitorada pelo sistema de aquisição WaveBook/516 e sempre que a borda de subida é detectada significa que o disco efetuou uma revolução e portanto o contador de revoluções deve ser incrementado.

A metodologia da integração através da aquisição instantânea dos sinais de tensões e correntes, através do WaveBook/516, permite a integração destes sinais e

a obtenção direta de potência média, a qual é multiplicada, pelo fator de tempo relativo ao período de integração que determina a duração do ensaio, para a determinação do valor da energia elétrica ativa em watt-hora.

Adicionalmente, o procedimento de inicialização dos integradores empregados no aplicativo DasyLab e no dispositivo padrão Yokogawa modelo WT230 são realizados de maneira síncrona e automática pelo aplicativo desenvolvido. Desta maneira, impõem-se que os registros dos dados provenientes dos dois integradores estejam nas mesmas bases de tempo, possibilitando a comparação direta entre os mesmos.

Este aplicativo utiliza a mesma arquitetura de comunicação utilizada no aplicativo de calibração, placa GPIB mais protocolo de comunicação IEEE-488, para coletar os dados referentes ao kWh registrado pelo dispositivo padrão Yokogawa modelo WT230.

Uma vez iniciado o processo, o aplicativo funciona de maneira autônoma determinando e registrando os dados de kWh em arquivos do tipo texto, a cada 5 segundos, para posterior processamento pelas ferramentas de análise.

A figura 3.101 apresenta uma foto geral do arranjo laboratorial de medição implementado e a figura 3.102 os equipamentos de medição (Padrão Yokogawa e Sistema WaveBook). A figura 3.103 apresenta o conjunto HGA mais fonte California Instruments 6000L empregado para impor as formas de onda de correntes pré- determinadas nas bobinas de corrente dos medidores sob ensaio.

Figura 3.101 – Fotografia do arranjo laboratorial para ensaio dos medidores de energia tipo indução.

(a) (b) Figura 3.102 – Sistemas de medição: (a) Padrão Yokogawa e (b) Sistema

Figura 3.103 – Fonte California Instruments 6000L com Gerador de Harmônicas.